基于沥青和沥青混合料性能的再生剂合理掺

就地热再生技术具有施工周期短、开放交通快、旧料利用率高、路用性能好等特点,国内外越来越认识到其经济性和环保性,开展了大量的应用,但是仍有一些问题有待解决。再生剂可以恢复旧沥青性能,被当做就地热再生技术的关键。路面上老化旧沥青与新沥青相比,组分发生了不可逆变化,其中芳香分减少而胶质和沥青质增加,在性能上表现为粘度增大、软化点升高、针入度和延度降低,进而导致旧沥青路面耐久性、水稳定性和低温抗裂性降低,表现为表面干枯、脆化,出现开裂、松散等病害。研究表明:再生剂可以提升再生沥青混合料的水稳定性,但是会降低高温稳定性,因此有必要分析再生剂合适掺量以平衡再生沥青混合料性能。一般工程中确定再生剂掺量时,是通过分析再生剂掺量与旧沥青性能恢复的关系得到的,未考虑新添加沥青的影响。该文采用重庆市某公路铣刨料,分析再生剂对旧沥青及再生沥青混合料的性能影响,得出最合适的再生剂掺量。

原材料性能与研究方法

原材料性能检验

试验中,RAP料采用重庆市某就地热再生工程现场铣刨料,其中沥青含量为4.8%,为SBS改性沥青;由于RAP料级配较好,所以新沥青混合料级配与RAP料级配一致,合成级配也相同,采用含量为4.8%的SBS改性沥青。

该再生剂为RA-1型再生剂。

可知:其芳香分含量较高,能够较好地补充旧沥青中缺少的芳香分。

现场切割取样采集回收沥青混合料,在室内使用沥青自动抽提仪对其进行抽提,然后采用阿布森法从抽提液中回收旧沥青。检测旧沥青的组分含量和性能,与原始设计值和A-50等级C的沥青进行对比。

可以看出:沥青路面经过多年运营之后,沥青的芳香分含量降低了15.5%而胶质含量增加了11.1%,性能上表现为针入度和延度大幅度下降、软化点升高,60℃动力粘度和℃布氏粘度分别升高了5倍和3倍左右。表明经过长时间使用之后,沥青老化较严重,而旧沥青针入度大于规范要求的20,符合热再生要求。

再生剂合理掺量公式计算

目前,现行再生规范和许多学者提出以粘度或针入度为指标,定量确定再生效果。采用以沥青的粘度或者针入度为指标,在旧沥青中添加不同掺量的再生剂,测定再生沥青的粘度或针入度,与目标值进行对比,通过插值法或者反算法计算得到再生剂的添加比例。

由于原沥青老化较严重,根据工程经验认为可以A-50号沥青的指标作为旧沥青改性目标,得到再生剂掺量为5.3%。

试验方法

在旧沥青和再生沥青混合料中分别添加1%、3%、5%、7%、9%的再生剂,分析不同再生剂掺量对旧沥青性能和再生沥青混合料的性能改善效果。参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中T离心分离法分离出RAP料中的矿料,采用T阿布森法回收RAP料中的老化沥青;采用T、T、T、T方法测试加入再生剂前后回收沥青的针入度、延度、软化点、粘度等性能指标;采用T方法测试加入再生剂前后回收沥青的四组分变化。

参照《公路沥青路面施工技术规范》设计原材料加料顺序:RAP料+再生剂→搅拌s→移出拌锅→新沥青混合料→搅拌s→加入拌和好的再生料→搅拌s→出料成型;按照规范测试再生沥青混合料的空隙率、马歇尔稳定度、冻融劈裂强度、动稳定度、低温小梁弯曲等指标,评价其水稳定性、高温稳定性和低温稳定性。

结果与讨论

再生剂对旧沥青性能的影响

可以看出:

(1)随着再生剂的掺加,沥青的25℃针入度和15℃延度均增大,说明再生剂可以有效地软化旧沥青,能有效改善沥青的性能。

(2)随着再生剂的掺加,沥青的软化点下降迅速,表明再生剂改善了沥青的柔韧性,高温性能有所降低;随着再生剂的掺加,沥青的60℃布氏粘度明显降低,且线性关系较好,表明再生剂可以改善旧沥青的粘度,改善施工和易性。

(3)当再生剂掺量由0%增加到2%时,针入度和延度分别升高了1.4和4.2cm,软化点和粘度分别降低了1.6℃和.8Pa·s;而再生剂掺量由2%增加到4%时,针入度和延度分别升高了24和14.1cm,软化点和粘度分别降低了8.7℃和.4Pa·s。说明再生剂掺量较低时,再生剂对针入度、延度、软化点等指标影响较低,对粘度已经有了较明显的改善,而再生剂掺量达到4%时,4项指标均有了明显的改善。表明2%的再生剂过少,4%的再生剂可以有效改善沥青性能。

以AH-70#沥青性能作为指标。

可知,在以沥青性能为指标的条件下,满足沥青针入度、软化点、延度、粘度等性能的再生剂掺量范围为5.3%~6.4%。

再生剂对沥青混合料性能的影响

再生剂与RAP料混合后,加入新沥青混合料得到再生沥青混合料,检测其空隙率、动稳定度、冻融劈裂强度比、弯曲破坏应变等指标。

可以看出:

(1)空隙率随再生剂掺量的增加而明显降低,未添加再生剂时空隙率为7.6%,而添加2%的再生剂之后空隙率即降低为5.2%,满足规范要求,而再生剂掺量为6%时空隙率为3.7%已经低于规范要求,同时空隙率与再生剂掺量的关系相关性较高。空隙率直接影响沥青混合料的高温性能、低温性能、水稳定性、疲劳性能,是沥青混合料的关键性指标。较少剂量的再生剂即可以有效改善再生沥青混合料的空隙率,而过多的再生剂又会导致空隙率过低,故应当把空隙率作为选择再生剂掺量的指标。

(2)在不同再生剂掺量下,再生沥青混合料的马歇尔稳定度均逐渐降低,线性关系较好。马歇尔稳定度试验过程中试件由于径向压力超过内摩阻力而破坏,而内摩阻力与高温稳定性、水稳定性、低温稳定性等因素无关。虽然如此,马歇尔稳定度仍然是一个有效的经验性指标,此次研究在确定再生剂最佳掺量仍以马歇尔稳定度作为指标。

(3)动稳定度随再生剂的增加而降低、冻融劈裂强度比随再生剂的增加而增加、弯拉应变随再生剂掺量增加而增加,表明再生剂可以提升混合料的水稳定性、降低其高温稳定性、提升低温性能。选择再生剂掺量时,需要平衡考虑3项指标,故3项指标也作为选择合理再生剂掺量的指标。

以规范要求作为指标,反算满足规范的空隙率、动稳定度、冻融劈裂强度比、弯拉应变条件下再生剂的范围。

可以看出:以沥青混合料性能为指标的条件下,满足空隙率、稳定度、动稳定度、冻融劈裂强度、弯拉应变的再生剂掺量应取4.6%~5.0%。

所以规范推荐公式计算得出再生剂合理掺量为5.3%,沥青性能指标下的再生剂范围为5.3%~6.4%,而沥青混合料性能指标下的再生剂范围为4.6%~5.0%。3种方法计算的结果比较可知:利用公式计算虽然简单直接,但是其准确性也较低,规范中将其作为初步估算,故公式计算结果可以作为参考。虽然再生剂能够改善旧沥青的三大指标,但是对改善沥青与集料粘附性的作用有限,同时沥青路面性能更直观表现在沥青混合料性能方面,故在分析时,应当以沥青混合料指标为主。综合分析认为,在该文模拟中,以沥青混合料性能指标下的再生剂掺量4.6%~5.0%为最佳掺量,在节省成本的条件下推荐使用4.6%。

结论

(1)再生剂中芳香分含量高达54.8%,旧沥青中芳香分含量仅为21.6%,针入度仅为22,表明沥青老化严重,可以通过再生剂改善其性能。

(2)根据规范和其他学者推荐公式,计算再生剂合理掺量为5.3%。

(3)再生剂可以提升沥青的针入度和延度,降低软化点和粘度。较低掺量的再生剂即可有效改善沥青性能。满足沥青各项性能要求的再生剂合理掺量为5.3%~6.4%。

(4)再生剂可以明显改善混合料的空隙率,可以提高混合料的水稳定性和低温抗裂性,但是会降低力学性能和高温稳定性。满足沥青各项性能要求的再生剂合理掺量为4.6%~5.0%。

(5)同时考虑公式计算、沥青性能和混合料性能三项条件,认为再生剂最佳掺量为4.6%。

现场热再生法实际应用:

SY沥青路面热再生重铺机组

现场热再生施工的主要设备是热再生机组,其中关键部分主要是加热板,它要提供高效的辐射热能,对旧路面加热既要时间短、并达到一定的深度;又不能过热,使沥青老化,失去再生的意义。能对整条车道进行连续就地再生作业的设备一般具有路面预热功能、热铣刨功能、新料填加功能、拌和功能、摊铺功能等。

森远股份就地热再生重铺机组是国家“”计划项目、国家重点新产品、国家火炬计划项目,是目前国际上最先进的沥青路面就地热再生施工设备,由二台路面加热机、一台加热翻松机、一台加热复拌机组成,用于高等级公路的大面积连续翻修作业,具有就地加热、翻松(铣刨)、复拌、摊铺、整平功能,可一次成型新路面,旧路沥青混合料%就地再生利用,具有节约资源、减少环境污染、作业时不封闭交通、经济和社会效益都非常显著等特点。

  该机组采用集成化设计,应用液压驱动、总线控制、电子传感、热风循环等先进技术,成为目前国内技术最复杂、机群智能化程度最高的成套养护设备,可彻底实现路面施工自动化流水作业。

基本特点如下:1、与传统工艺相比,原有路面材料可%再生利用,节省成本,缩短施工周期。2、高效环保的热风循环技术,节省燃油消耗。3、全程加热、烘干、拌和工艺保证了再生混合料的质量。4、全液压驱动,工作过程平稳可靠、控制精确。5、基于总线控制的智能化控制技术,提高了机群的自动化水平。6、液压、电气、加热、铣刨等关键部件均采用国际上的知名品牌,确保机组质量性能的高可靠性。

路面加热机

  用于是对路基完好、路面破损的沥青混凝土路面进行大面积的连续加热,使表层路面温度快速达到再生重铺施工的要求,以供机组中的后续设备对路面进行热铣削、翻松、复拌及重铺作业。   该机加热系统采用了国际最先进的热风循环大面积连续加热技术,热风的余热可循环使用,既提高了热效率,又节省了大量燃料,具有加热均匀、热得快、效率高、无烟无尘利于环保等优点。加热铣刨机

  用于连续完成对沥青路面的加热、路面两侧铣刨及向路面中心集料、添加再生剂、中间路面的铣刨及拌和等工序。   该机使沥青路面加热、软化,并按规定的深度进行铣刨,铣刨深度与宽度可自动控制、调整,铣刨中骨料无破碎,再生剂添加量精确控制。加热复拌机

  加热复拌机主要用于连续完成新沥青混合料的添加、混合料的摊平、搅动烘干加热、集料、上料、搅拌卸料等项工序。   新混合料出料可自动比例控制,并与搅拌和摊铺功能相匹配。   特有的后期搅动、烘干、加热工艺设计,可确保旧料与新添加混合料的充分加热,排除旧混合料中的固有水分。混合料由刮板输送器进入双轴搅拌锅,进行最后的搅拌混合,最后落入摊铺机中进行摊铺作业。

施工案例

特别说明:本







































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